王荣华 孙洪舟 李大伟
胜利油田河口采油厂 山东省东营市 257200
[摘 要]近年来，随着水平井采油技术的发展，水平井的数量与日俱增。有杆泵采油作为采油系统中所占比例最大的一种采油方式，应用于水平井采油技术时，却存在诸多问题。
[关键词]水平井；有杆泵举升；抽油泵；配套设备
河口采油厂稠油资源丰富，包括陈庄油田、太平油田、罗家油田等16个稠油区块，稠油油藏早期开发方式以直斜井为主，后期以水平井为主以精密滤砂管筛管完井为主，大斜度井和水平井占比达70%以上。稠油热采井开采方式以蒸汽吞吐和有杆泵举升为主，但因为普通抽油泵适应井斜小，适用井斜角＜30°，平均泵挂深度950m，动液面下降至低于泵挂后，采油阶段即结束，生产时间短，油井被迫转周，注入地层热能未完全充分利用。为此，本文为解决稠油热采水平井下泵深度受限、热能利用率低等问题，开展了稠油热采井柔性泵举升技术的研究。该技术在现场5口井的应用，取得了明显的增油效果和较好的经济、社会效益，具有广阔的应用前景和极高的推广价值。
1.水平井柔性泵的改进
稠油热采水平井开采方式以蒸汽吞吐和有杆泵举升为主，但因为普通抽油泵适应井斜小，适用井斜角＜30°，平均泵挂深度950m，动液面下降至低于泵挂后，采油阶段即结束，生产时间短，油井被迫转周，注入地层热能未完全充分利用。针对稠油水平井采液周期短，泵挂深度浅的问题，为提高了抽油泵对出砂、高温、腐蚀井的适应性，延长了抽油泵使用寿命，进而研究了稠油热采井柔性泵。
1.1水平井柔性泵技术研究
该泵柱塞采用三级短柱塞串联结构，单级密封单元结构短，短柱塞本身具有不易砂卡的特点，短柱塞之间连接调心装置，自动适应泵筒微弯曲变形，消除柱塞、泵筒间憋劲偏磨，保证杆柱顺利下行。柱塞上端设计为等径刮砂结构，可最大限度的减少沉降砂粒进入密封间隙，有效防止砂卡。
为了解决蒸汽驱高温生产条件下，泵筒、柱塞间隙的变化会导致泵效降低或者卡泵问题，采用了ABAQUS仿真方法，优化泵筒、柱塞之间的密封间隙。通过表面处理工艺高温腐蚀试验，优选泵筒、柱塞的表面处理工艺，从而达到延长泵使用寿命的目的。
1.2 工作原理
该泵的抽汲原理与常规抽油泵相同，上冲程进液，下冲程排液。该泵将三级可调心短柱塞串接在一起，自适应泵筒微弯曲变形，消除柱塞、泵筒间憋劲偏磨，保证杆柱顺利下行；柱塞上端设计为等径刮砂结构，防止泵筒变形及间隙进砂造成的卡泵。通过优选高温下泵筒、柱塞密封间隙及表面处理方式，防止高温下泵抱死及高温腐蚀条件下镀层腐蚀脱落。
1.3 水平井柔性泵的实验
针对蒸汽驱高温高压H2S/CO2腐蚀条件下，不同表面处理工艺的柱塞、泵筒的表面材料的抗脱落性能还不清楚，一旦脱落会引发局部腐蚀、卡泵等。通过模拟蒸汽驱高温高压H2S/CO2工况腐蚀试验，优选出了适应蒸汽驱采油的耐腐蚀、抗脱落的表面喷、镀工艺。
（1）腐蚀失重实验
1）试样材质及试验条件
试样分为镀层试样和阀球、阀座试样，镀层试样包括喷焊、镍磷镀、镀铬，阀球阀座材质为硬质合金。腐蚀试验温度为300℃，H2S浓度为5800mg/L，CO2分压为0.02MPa，总压为15MPa，溶液中离子浓度按照胜利油田地下水离子最高浓度值，见表1和表2。
2）腐蚀失重试验内容与结果分析
镀层腐蚀失重试验结果，喷焊腐蚀速率最大为0.4170mm/a，镍磷镀腐蚀速率居中，为0.0853mm/a，而镀铬的腐蚀速率最小，为0.0350mm/a。
阀球阀座腐蚀失重试验结果，与常规阀副相比，硬质合金的腐蚀速率较小，为 0.0111mm/a。因此从腐蚀速率来看，阀球/阀座使用硬质合金是可以优先选择。
1.4 稠油柔性泵设计计算
为满足蒸汽驱井产液量要求，对稠油热采井柔性泵进行了系列化设计，根据现场需要，设计了Φ57.2mm、Φ69.9mm、Φ95.3mm三种型号的抽油泵，排量系数分别是3.67、5.54和10.27，冲程6m，具体参数见表1。
.png)
2.水平井柔性泵工艺配套
针对蒸汽驱生产井存在的高温、H2S腐蚀工况条件下，井口漏失、光杆腐蚀严重的问题，开展了耐高温防腐蚀光杆密封器技术研究以及光杆的优选，研究形成了耐高温防腐光杆密封技术，适应了蒸汽驱生产井井口高温、腐蚀的生产环境，提高了光杆密封在蒸汽驱井中的适应性[3]。
工作原理：正常生产时，打开封井阀，顶紧盘根，上部盘根起动密封作用；更换盘根时，停井、关闭封井阀起静密封作用，避免井内气、液体溢出，更换盘根；更换完盘根之后，开启正常生产模式。
3.水平井柔性泵现场应用和经济效益
目前，在陈庄油田、太平油田、埕南13块等稠油区块。应用5口井，见表2，平均泵效72%，见表5，平均免修期提高8个月。
.png)
3.1 沾18-平22井应用
该井为稠油，粘度高，取样化验原油粘度21234 mPa·s，该井拐点位置在830m，由于注汽后生产一段时间后动液面较深，泵挂深度设计在900米，不仅偏磨严重，而且生产周期短。通过优化，优选稠油热采井柔性泵，配套抗磨副，加深泵挂深度到1050m，提高泵效，延长采液周期，目前该井液面为950m，按照以前的泵挂深度将停止生产，目前产量为33.4/5.0/85.35%，取得了良好的效果，见表3。
.png)
3.2 埕28-斜更10井应用分析
井为2018年新投井，取样化验原油粘度1619 mPa·s。防砂后采用空心杆掺水投产。该井造斜点高，650m开始造斜，1000m井斜达到25°，为使油井正常，优选柔性泵，既解决抽油杆偏磨的问题，同时增加了泵挂深度，提高油井泵效。效果分析：埕28-斜更10作业投产后，目前产量12.9/5.4/57.6%，泵效高达92.3%。
4.结论和创新点
（1）稠油热采井柔性泵的完善
针对稠油水平井下泵深度浅等常规泵存在的问题，我们研究了稠油热采水平抽油泵。该泵柱塞采用三级短柱塞，通过调心装置串接在一起，自动适应泵筒微弯曲变形，柱塞上端设计为等径刮砂结构，有效防止砂卡；优化了高温下泵筒、柱塞密封间隙，提高了高温适应性；优选了高温腐蚀情况下，表面处理工艺，提高泵防腐性能。该泵主要由泵筒、三级柔性柱塞、调心总成、游动阀、固定阀等组成。
（2）完善稠油热采井柔性泵配套工艺
通过对抽油泵高温密封、耐腐蚀、弹性防卡技术的研究，配套耐高温防腐蚀光杆和光杆密封技术，优化高温防闪蒸提效技术，改善稠油热采井水平高温泵卡、泵效低、腐蚀严重的问题，通过平均泵挂加深210m，延长稠油热采水平井检泵周期。
参考文献
[1]王大勋，李文华，华之辉.水平井抽油杆柱防偏磨研究及应用[J].特种油气藏，2004，11（2）：47～48.
[2]丛蕊，董世民.抽油杆柱稳定性问题的研究[J].石油机械，2002，30（8）：17～19.